Прочность поверхностных

Из рис. 32 видно, что малая прочность поверхности раздела склеиваемого материала и адгезионного слоя существенно понижает несущую способность соединения. Причиной этого может быть высокая вязкость клея * (при температуре отверждения) или плохая зачистка склеиваемых поверхностей.

поверхностью. Например, понятием «прочность поверхности раздела» часто характеризовали предельное напряжение в слое матрицы, непосредственно примыкающем к волокну. Далее было сделано предположение, что поверхность раздела прочнее матрицы и поэтому передача нагрузки от волокна к волокну определяется пластическим течением матрицы1. Как отмечено в гл. 2, эта предпосылка является основой почти каждого анализа механики композитов.

Общий результат взаимодействия между матрицей и волокном будет зависеть от влияния данной реакции на характер разрушения волокна, отслаивание, прочность поверхности раздела цри сдвиге и многие другие характеристики. Неудивительно поэтому, что пока роль этих многочисленных факторов полностью не выяснена ни для одной конкретной композитной системы. ' . ,

Степень совершенства композита как механического континуума имеет определяющее значение в отношении эксплуатационных характеристик, а также максимального использования упрочняющего эффекта более жесткой и прочной составляющей композита. В идеале стремятся к совершенному континууму, т. е. к совершенной связи между компонентами композита. Это означает, что атомная структура компонентов, разделенных поверхностью раздела, обусловливает ее когерентность и что прочность поверхности раздела не меняется от точки к точке. Непрерывность

2) Предполагается, что связь между компонентами либо совершенна (т. е. прочность поверхности раздела превышает прочность матрицы), либо вообще отсутствует (т. е. на поверхности раздела отсутствуют и растягивающие напряжения, и напряжения сдвига). Случай совершенной связи изучен более глубоко, чем случай ее отсутствия, поскольку совершенная связь обеспечивает, как правило, наилучшие свойства композита. Анализ промежуточных случаев умеренно прочных связей или чередования областей прочной связи и областей, где связь отсутствует, значительно более труден, так как усложняются граничные условия на поверхности раздела. Поэтому исследованию промежуточных случаев уделяют мало внимания.

Рис. 1.9. Влияние утла смачивания 6 на прочность поверхности раздела при сдвиговом яагружении. ,

Сдвиговую прочность поверхности раздела измеряют также на образцах, содержащих одно волокно (или пруток), заделанное в цилиндр из материала матрицы; затем волокно вытягивают из цилиндра путем приложения осевого растягивающего усилия (рис. 20). Это, по-видимому, наиболее распространенный тип испытаний, особенно для композитов с металлической матрицей. Сторонники таких испытаний ссылаются на большое сходство геометрических условий и внутренних напряжений, существующих в образце и в реальных композитах.

Данный подход имеет ряд недостатков. Во-первых, как обсуждалось в разд. II, распределение напряжений в образце много сложнее, чем предполагает модель запаздывания сдвига. Рассчитанное с помощью этой модели распределение напряжений сдвига по поверхности раздела оказывается неверным, а значит, некорректной будет и расчетная прочность поверхности раздела. Изменение напряжений по поверхности раздела означает, что разрушение будет развиваться постепенно и неравномерно в интервале приложенных нагрузок.

Трапециевидные образцы позволяют определять прочность поверхности раздела при сдвиге, потому что быстрое изменение осевых напряжений в образце приводит к возникновению на поверхности раздела напряжений сдвига [50]

Все рассмотренные выше методы определения имеют недостатки, связанные с неоднородным или сложным напряженным состоянием, а также с возникновением остаточных напряжений. Влияние остаточных напряжений было исследовано лишь на образцах с одиночным ^волокном. Браутмэн и Мак-Гэрри [10] изучали влияние температуры полимеризации на эффективную прочность поверхности раздела. Они установили, что существует оптимальная, температура полимеризации, при которой обеспечивается максимальная прочность связи. Выполненный с помощью модели коаксиальных цилиндров расчет напряженного состояния, вызванного' напряжениями, возникшими при охлаждении от температуры полимеризации, позволил объяснить эти данные.

В их исследовании термические радиальные напряжения на поверхности раздела оказались сжимающими и росли с ростом температуры полимеризации. Эти сжимающие остаточные напряжения компенсируют растягивающие радиальные напряжения,, возникающие на поверхности раздела при последующем сжатии образца. Поэтому прочность поверхности раздела растет с ростом температур термической обработки. Однако, если интервал температур при охлаждении слишком велик, у концов волокна развиваются дополнительные термические напряжения сдвига. Они приводят к преждевременному разрушению образца у конца волокна, так что прочность связи уменьшается, если температура термической обработки превышает оптимальную.

При передаче усилий от одной детали конструкции к другой в зоне их соприкосновения (контакта) зачастую возникают высокие напряжения и прочность поверхностных слоев материалов деталей может оказаться недостаточной. Принято различать расчеты на смятие и расчеты на контактную прочность. Первые выполняют в тех случаях, когда соприкосновение деталей даже в ненагруженном состоянии происходит по поверхности конечных размеров; например, контакт шпонки и стенки шпоночной канавки (рис. 234, а) или контакт болта, плотно вставленного в отверстие, с его стенками (рис. 234, б). Вторые производят в rex слу-

. При передаче усилий от одной детали конструкции к другой в зоне их соприкосновения (контакта) зачастую возникают высокие напряжения и прочность поверхностных слоев материалов деталей может оказаться недостаточной. Принято различать расчеты на смятие и на контактную прочность. Первые выполняют в тех случаях, когда соприкосновение деталей даже в не-нагруженном состоянии происходит по поверхности конечных размеров; например, контакт шпонки со стенкой шпоночной канавки (рис. 2,49, а) или контакт болта, плотно вставленного в отверстие, с его стенками (рис. 2.49, б). Вторые производят тогда, когда ненагруженные детали соприкасаются друг с другом в одной точке, например шарик и кольцо шарикового подшипника, или по линии,

Высокая твердость и прочность поверхностных слоев деталей после поверхностной закалки обеспечивают им высокую износостойкость и контактную прочность.

Предположим, что армирующие элементы имеют плотность ограничивающих прочность поверхностных дефектов, характеризуемую простой функцией распределения % (ff) = ^о"*™ (см., например, [37, 38]), которая определяет число дефектов на единице площади поверхности, ограничивающих прочность при растяжении величиной о". Как показатель т, так и коэффициент С могут быть определены экспериментально в результате большого количества испытаний армирующих элементов.

Высокая вязкость рассматриваемых сталей и сплавов и их значительное упрочнение в процессе обработки обусловлены особенностями строения кристаллической решетки жаропрочных материалов. Прочность поверхностных слоев некоторых сплавов в результате наклепа может возрасти в 2 раза, а относительное удлинение уменьшиться с 40—65 до 5—10%. Детали следует обрабатывать на мощных и жестких станках, с жестким закреплением детали и инструмента. Инструмент должен хорошо затачиваться. Нельзя применять чрезмерно малые подачи при обработке, так как из-за наклепа поверхностных слоев стойкость инструмента при малых подачах резко падает. Глубину резания также рекомендуется брать не ниже 0,3— 0,5 мм. Скорости резания при обработке упрочняющихся сплавов с аустенитной структурой (на основе никеля) при твердости НВ 250—285 рекомендуется устанавливать не выше 4—8 м/мин при

Эффективный способ борьбы с пенообразованием — придание маслам противопенных свойств введением соответствующих присадок, которые снижают прочность поверхностных пленок, разделяющих пузырьки и жидкость в пене.

Удельная прочность поверхностных и глубинных слоев образцов стали марки 55ПП, подвергнутых поверхностной закалке при глубинном нагреве

При охлаждении прочность высушенных форм и стержней понижается. Уменьшение прочности незначительно, если при высушивании была удалена только гигроскопическая и гидратная влага, и, наоборот, велико, если из глины при сушке была удалена кристаллизационная вода. В этом случае наиболее сильно снижается прочность поверхностных слоев форм или стержня, и они сильно осыпаются. Снижение прочности происходит тем резче, чем менее отощена глина и чем интенсивнее охлаждение форм и стержней после высушивания. Поэтому высушивание надо производить при температурах, не вызывающих выделения кристаллизационной воды, и охлаждение высушенных форм и стержней осуществлять не слишком быстро. Выбивку сухих форм и стержней целесообразно производить после их охлаждения.

При электроискровом легировании (в результате термического воздействия разряда) в поверхностном слое наблюдается значительный рост зерен основного металла, что приводит к уменьшению прочности слоя. Нагрев тонких поверхностных слоев основного металла, примыкающих к износостойкой оболочке, сопровождающийся одновременным интенсивным отводом тепла массой холодного изделия, вызывает образование микротрещин в поверхностных слоях. Трещинообразование тем значительней, чем ниже прочность поверхностных слоев основы. Это ухудшает сцепление наносимого слоя с основным металлом.

Нитевидные кристаллы сапфира представляют собой одну из самых прочных форм твердого тела, открытых до настоящего времени. Прочность этих нитевидных кристаллов как функция от площади поперечного сечения приведена на рис. 1 [25]. Видно, что она повышается с уменьшением размера, главным образом вследствие того, что с уменьшением площади поверхности становится меньше вероятность существования на ней снижающих прочность поверхностных дефектов.

свойств материала dr/dz > 0, то прочность поверхностных слоев г меньше, чем нижележащих, и глу-•з бинного вырывания при схватывании не будет. Если dildz < 0 и прочность связи выше прочности основ-ного металла, то при относитель-ном движении поверхностей при схватывании произойдет глубинное вырывание.